高$lt;i$gt;k$lt;/i$gt;栅介质小尺寸全耗尽绝缘体上锗p型金属氧化物半导体场效应晶体管漏源电流模型

通过求解沟道的二维泊松方程得到沟道表面势和沟道反型层电荷, 建立了高k栅介质小尺寸绝缘体上锗(GeOI) p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)的漏源电流解析模型. 模型包括了速度饱和效应、迁移率调制效应和沟长调制效应, 同时考虑了栅氧化层和埋氧层与沟道界面处的界面陷阱电荷、氧化层固定电荷对漏源电流的影响. 在饱和区和非饱和区, 漏源电流模拟结果与实验数据符合得较好, 证实了模型的正确性和实用性. 利用建立的漏源电流模型模拟分析了器件主要结构和物理参数对跨导、漏导、截止频率和电压增益的影响, 对GeOI PMOSFET的设计具有一定的指导作用. 关键词： 绝缘体上锗p型金属氧化物半导体场效应晶体管 漏源电流模型 跨导 截止频率     

三材料线性掺杂石墨烯纳米条带场效应管性能

采用量子动力学模型研究单材料和三材料的石墨烯纳米条带场效应管(GNRFETs)在不同掺杂情况下的弹道输运特性,模型基于非平衡格林函数方程(NEGF)以及自洽的泊松方程的量子数值解.结果证明:三材料线性掺杂的石墨烯纳米条带场效应管(TL-GNRFET)不仅能够有效地抑制短沟道效应(SCE)和漏极势垒降低效应(DIBL),而且相对于其它几种结构而言,它有更好的亚阈值斜率以及更高的开关电流比.另外,还研究了非对称栅结构对石墨烯场效应管的影响,结果表明,当上栅和下栅同时向源端移动的时候,可以改善器件的电流开关比.     

高k栅介质小尺寸全耗尽绝缘体上锗p型金属氧化物半导体场效应晶体管漏源电流模型

通过求解沟道的二维泊松方程得到沟道表面势和沟道反型层电荷,建立了高k栅介质小尺寸绝缘体上锗(Ge OI)p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)的漏源电流解析模型.模型包括了速度饱和效应、迁移率调制效应和沟长调制效应,同时考虑了栅氧化层和埋氧层与沟道界面处的界面陷阱电荷、氧化层固定电荷对漏源电流的影响.在饱和区和非饱和区,漏源电流模拟结果与实验数据符合得较好,证实了模型的正确性和实用性.利用建立的漏源电流模型模拟分析了器件主要结构和物理参数对跨导、漏导、截止频率和电压增益的影响,对Ge OI PMOSFET的设计具有一定的指导作用.     

基于异质双栅电极结构提高碳纳米管场效应晶体管电子输运效率

为改善碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)器件性能, 提高电子输运效率, 提出了一种异质双金属栅(HDMG)电极结构CNTFET器件. 通过对单金属栅(SMG)-CNTFET器件输运模型的适当修改, 实现了对HDMG-CNTFET器件电子输运特性的研究.研究结果表明, 对于所提出的HDMG结构器件, 如果固定源端金属栅S-gate的功函数W_GS使其等于本征CNT 的功函数, 而选取漏端金属栅D-gate的功函数W_Gd, 使其在一定范围内小于W_GS, 可优化器件沟道中的电场分布, 提高器件沟道电子平均输运速率; 同时由于HDMG-CNTFET的D-gate对沟道电势具有调制作用, 使该器件阈值电压降低, 导致在相同的工作电压下, HDMG-CNTFET器件具有更大的通态电流; 而D-gate对漏电压的屏蔽作用又使HDMG-CNTFET与SMG-CNTFET相比具有更好的栅控能力 及减小 漏极感应势垒降低效应、热电子效应和双极导电性等优点. 本研究通过合理选取HDMG-CNTFET双栅电极的功函数, 有效克服了现有研究中存在的改善CNTFET性能需要以减小通态电流为代价的不足, 重要的是提高了器件的电子输运效率, 进而可提高特征频率、减小延迟时间, 有利于将CNTFET器件应用于高速/高频电路. 关键词： CNTFET 异质双栅 电子输运效率 双极导电性     

非对称HALO掺杂栅交叠轻掺杂漏围栅MOSFET的解析模型

为抑制短沟道效应和热载流子效应, 提出了一种非对称HALO掺杂栅交叠轻掺杂漏围栅MOSFET新结构. 通过在圆柱坐标系中精确求解三段连续的泊松方程, 推导出新结构的沟道静电势、阈值电压以及亚阈值电流的解析模型. 结果表明, 新结构可有效抑制短沟道效应和热载流子效应, 并具有较小的关态电流. 此外, 分析还表明栅交叠区的掺杂浓度对器件的亚阈值电流几乎没有影响, 而栅电极功函数对亚阈值电流的影响较大. 解析模型结果和三维数值仿真工具ISE所得结果高度符合.     

一个圆柱形双栅场效应晶体管的物理模型

圆柱形双栅场效应晶体管(CSDG MOSFET)是在围栅MOSFET器件增加内部控制栅而形成,与双栅、三栅及围栅MOSFET器件相比,圆柱形双栅MOSFET提供了更好的栅控性能和输出特性.本文通过求解圆柱坐标系下的二维泊松方程,得到了圆柱形双栅MOSFET的电势模型;进一步对反型电荷沿沟道积分,建立其漏源电流模型.分析讨论了圆柱形双栅MOSFET器件的电学特性,结果表明:圆柱形双栅MOSFET外栅沿沟道的最小表面势和器件的阈值电压随栅介质层介电常数的增大而减小,其漏源电流和跨导随栅介质层介电常数的增大而增大;随着器件参数的等比例缩小,沟道反型电荷密度减小,其漏源电流和跨导也减小.     

改进型异质栅对深亚微米栅长碳化硅MESFET特性影响

基于器件物理分析方法,结合高场迁移率、肖特基栅势垒降低、势垒隧穿等物理模型, 分析了改进型异质栅结构对深亚微米栅长碳化硅肖特基栅场效应晶体管沟道电势、 夹断电压以及栅下电场分布的影响.通过与传统栅结构器件特性的对比表明, 异质栅结构在碳化硅肖特基栅场效应晶体管的沟道电势中引入了多阶梯分布,加强了近源端电场; 另一方面,相比于双栅器件,改进型异质栅器件沟道最大电势的位置远离源端, 因此载流子在沟道中加速更快,在一定程度上屏蔽了漏压引起的电势变化,更好抑制了短沟道效应. 此外,研究了不同结构参数的异质栅对短沟道器件特性的影响,获得了优化的设计方案, 减小了器件的亚阈值倾斜因子.为发挥碳化硅器件在大功率应用中的优势,设计了非对称异质栅结构, 改善了栅电极边缘的电场分布,提高了小栅长器件的耐压.     

基于梯度掺杂策略的碳纳米管场效应管性能优化

双极性传输特性是制约碳纳米管场效应管(carbon nanotube field effect transistors,CNFETs)性能提高的一个重要因素.为降低器件的双极性传输特性并获得较大的开关电流比,提出了一种漏端梯度掺杂策略,该策略不仅适合于类MOS碳纳米管场效应管(C-CNFETs),同时也适合于隧穿碳纳米管场效应管(T-CNFETs).基于非平衡格林函数的数值研究结果表明,该策略不仅能有效降低器件的双极传输特性,而且能将器件开关电流比提高数个数量级.进一步研究发现,该掺杂策略在这两类碳纳米管 关键词： 梯度掺杂 带间隧穿 双极性传输 碳纳米管场效应管     

环栅肖特基势垒金属氧化物半导体场效应管漏致势垒降低效应研究

结合环栅肖特基势垒金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)结构, 通过求解圆柱坐标系下的二维泊松方程得到了表面势分布, 并据此建立了适用于低漏电压下的环栅肖特基势垒NMOSFET阈值电压模型.根据计算结果, 分析了漏电压、沟道半径和沟道长度对阈值电压和漏致势垒降低的影响, 对环栅肖特基势垒MOSFET器件以及电路设计具有一定的参考价值. 关键词： 环栅肖特基势垒金属氧化物半导体场效应管 二维泊松方程 阈值电压模型 漏致势垒降低     

10 nm金属氧化物半导体场效应晶体管中的热噪声特性分析

随着金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件等比例缩小至纳米级的较小尺寸,一方面导致的短沟道效应已严重影响热噪声;另一方面使栅、源、漏区及衬底区的热噪声占有比越来越高,而传统热噪声模型主要考虑较大尺寸器件的沟道热噪声,且其模型未考虑到沟道饱和区.本文针对小尺寸纳米级MOSFET器件,并根据器件结构特征和热噪声的基本特性,建立了10 nm器件的热噪声模型,该模型体现沟道区、衬底区及栅、源、漏区,同时考虑到沟道饱和区的热噪声.在模型的基础上,分析沟道热噪声、总热噪声随偏置参量及器件参数之间的关系,验证了沟道饱和区热噪声的存在,并与已有实验结果一致,所得结论有助于提高纳米级小尺寸MOSFET器件的工作效率、寿命及响应速度等.     

一种碳纳米管场效应管的HSPICE模型

为在HSPICE中建立一种计算简单且精度较高的碳纳米管场效应管 (carbon nanotube field effect transistor, CNTFET) 模型, 在CNTFET半经典建模方法的基础上, 分析了自洽电势与载流子密度之间的关系, 提出用线性近似进行拟合, 并推导了自洽电势的显式表达式, 从而避免了积分方程的迭代求解过程. 然后在HSPICE中建立了相应的CNTFET模型, 通过仿真比较, 结果表明该模型具有较高的精度, 用其构建的逻辑门电路能够实现相应逻辑功能, 且运算时间大为减少. 关键词： 碳纳米管场效应管 半经典模型 线性近似拟合 HSPICE仿真     

入射电子能量对低密度聚乙烯深层充电特性的影响

高能带电粒子与航天器介质材料相互作用引起的深层带电现象, 一直是威胁航天器安全运行的重要因素之一. 考虑入射电子在介质中的电荷沉积、能量沉积分布以及介质中的非线性暗电导和辐射诱导电导, 建立了介质深层充电的单极性电荷输运物理模型. 通过求解电荷连续性方程和泊松方程, 可以得出不同能量 (0.1–0.5 MeV) 电子辐射下, 低密度聚乙烯 (厚度为1 mm) 介质中的电荷输运特性. 计算结果表明, 不同能量的电子辐射下, 介质充电达到平衡时, 最大电场随入射能量的增加而减小; 同一能量辐射下, 最大电场随束流密度的增大而增加. 入射电子能量较低时 (≤ 0.3 MeV) , 最大电场随束流密度的变化趋势基本相同. 具体表现为: 当束流密度大于3× 10^-9 A/m²时, 最大场强超过击穿阈值2×10⁷ V/m, 发生静电放电 (ESD) 的可能性较大. 随着入射电子能量的增加, 发生静电放电 (ESD) 的临界束流密度增大, 在能量为0.4 MeV时, 临界束流密度为6×10^-8 A/m². 当能量大于等于0.5 MeV时, 在束流密度为10^-9–10^-6 A/m²的范围内, 均不会发生静电放电 (ESD) . 该物理模型对于深入研究深层充放电效应、评估航天器在空间环境下 深层带电程度及防护设计具有重要的意义. 关键词： 高能电子辐射 低密度聚乙烯(LDPE) 介质深层充电 电导特性     

声子散射下碳纳米管场效应管建模方法研究

声子散射对碳纳米管场效应管(carbon nanotube field effect transistor, CNTFET)的特性有着不可忽略的影响. 传统研究方法基于弹道输运模型来分析发生声子散射时各参数对器件特性的影响, 进而建立CNTFET声子散射模型.为了降低模型复杂度, 提高仿真计算的速度, 本文深入研究了CNTFET的声子散射影响, 对手性、温度和能量三个参数的变化进行了仿真, 分析了参数对器件特性的影响. 采用线性近似拟合的方式建立了一种新的CNTFET声子散射模型.通过分析散射下电流的变化, 验证了该模型的正确性和有效性.与半经典散射模型相比, 该模型由于不需要进行积分计算, 计算过程较为简单, 降低了运算量. 关键词： 碳纳米管场效应管 声子散射模型 线性近似拟合     

Contact effects on the magnetoresistance of finite semiconductors

We propose a new theoretical method to study galvanomagnetic effects in bounded semiconductors. The general idea of this method is as follows. We consider the electron temperature distribution and the electric potential as consisting of two terms, one of which represents the regular solution of the energy balance equation obtained from the Boltzmann transport equation at steady-state conditions and the Maxwell equation, while the other is the effect of the specimen size that is significant near the contacts (the boundary layer function). With the distribution of the electric potential at the contacts and the electron temperature distribution at the surface of the sample taken into account, we find that the magnetoresistance is different from the one in the standard theory of galvanomagnetic effects in boundless media. We show that, besides the usual quadratic dependence on the applied magnetic field B, the magnetoresistance can exhibit a linear dependence on B under certain conditions. We obtain new formulas for the linear and quadratic terms of the magnetoresistance in bounded semiconductors. This linear contribution of the magnetic field to the magnetoresistance is essentially due to the spatial dependence of the potential at the electric contacts. We also discuss the possibility of obtaining the distribution of the electric potential at the contacts from standard magnetoresistance experiments. Because the applied magnetic field acts differently on carriers with different mobilities, a redistribution of the electron energy occurs in the sample and thus, the Ettingshausen effect on the magnetoresistance must be considered in bounded semiconductors.     

Theory of nonlinear transport for electron-impurity systems in a strong electric field

A force-balance equation is obtained for high electric field transport in electron impurity systems by separating the center of mass motion from the relative motion of electrons, in which the drift velocity and the electron-electron interaction enter dynamically. From this equation the current density as a function of electric field can be determined self-consistently.     

Instationary Electric Fields,Ion Transport and Strong Density Fluctuations in Tokamaks with Dominant Anomalous Electron Transport

A common explanation is given for ion transport and strong broadband density fluctuations in tokamaks as a result of large anomalous electron transport near dominant magnetic surfaces (resp. in small magnetic islands). The main mechanism is local density flattening connected with an anomalous electron transport induced instationary radial electric field, which forces the ions via polarization drift to follow the electrons. For the density flattening process an exact solution of the time-dependent diffusion equation for a linear initial profile over the island width is used. From this we also derive an expression for a temporal growing radial electric field. This positive field reaches its maximum at the density plateau. Strong viscous diffusion or instability-induced transport between high and low electric field regions may now reverse the density flattening. Therefore relaxation oscillations result which may also explain the observed strong density and potential fluctuations in tokamaks. Several details of recent measurements of impurity ion behaviour and density fluctuations in tokamaks may be better explained with the theory given here.     

Novel attributes in the performance and scaling effects of carbon nanotube field-effect transistors with halo doping

In this paper, we performed a comprehensive scaling study of a carbon nanotube field-effect transistor (CNTFET) with halo doping (HD) using self-consistent and atomistic scale simulations. Our simulation results demonstrate that drain induced barrier lowering (DIBL) diminishes in the HD-CNTFET due to a step in the potential of the CNT at the interface of p-doped and undoped regions in the channel. Also, the hot carrier effect minimizes with reduction of the peak of the electric field at the drain side of the HD-CNTFET. Moreover, the features of the HD-CNTFET can be controlled by the length and concentration engineering of the HD region. Leakage current, on–off current ratio and subthreshold swing improve with an increase of the length and concentration of the HD region, due to the increment of the threshold voltage and the barrier height of the p–n junction near the source. Therefore, this work can provide an incentive for further experimental exploration.     

Monte Carlo study of coaxially gated CNTFETs: capacitive effects and dynamic performance

Carbon nanotubes (CNT) appear as a promising candidate to shrink field-effect transistors (FET) to the nanometer scale. Extensive experimental works have been performed recently to develop the appropriate technology and to explore DC characteristics of a carbon nanotube field effect transistor (CNTFET). In this work, we present results of a Monte Carlo simulation of a coaxially gated CNTFET, including electron–phonon scattering. Our purpose is to present the intrinsic transport properties of such material through the evaluation of the electron mean-free-path. To highlight the potential of the high performance level of CNTFET, we then perform a study of the DC characteristics and of the impact of capacitive effects. Finally, we compare the performance of CNTFET with that of a Si nanowire MOSFET. To cite this article: H. Cazin d'Honincthun et al., C. R. Physique 9 (2008).     

电子温度对霍尔推进器等离子体鞘层特性的影响

采用二维粒子模拟方法研究了霍尔推进器通道中电子温度对等离子体鞘层特性的影响, 讨论了不同电子温度下电子数密度、鞘层电势、电场及二次电子发射系数的变化规律. 结果表明: 当电子温度较低时, 鞘层中电子数密度沿径向方向呈指数下降, 在近壁处达到最小值, 鞘层电势降和电场径向分量变化均较大, 壁面电势维持一稳定值不变, 鞘层稳定性好; 当电子温度较高时, 鞘层区内与鞘层边界处电子数密度基本相等, 而在近壁面窄区域内迅速增加, 壁面处达到最大值, 鞘层电势变化缓慢, 电势降和电场径向分量变化均较小, 壁面电势近似维持等幅振荡, 鞘层稳定性降低; 电子温度对电场轴向分量影响较小; 随电子温度的增大, 壁面二次电子发射系数先增大后减少. 关键词： 霍尔推进器 等离子体鞘层 电子温度 粒子模拟